JP3896133B2 - Induction heating apparatus and image forming apparatus including the same - Google Patents
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Description
本発明は、乾式電子写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等で好適に実施される誘導加熱方式を用いた加熱装置およびそれを備える画像形成装置に関する。 The present invention includes a fixing device in a dry electrophotographic device, a drying device in a wet electrophotographic device, a drying device in an ink jet printer, a heating device using an induction heating method that is preferably implemented in an erasing device for rewritable media, and the like. The present invention relates to an image forming apparatus.
ローラ式の加熱装置において、たとえば電子写真方式の複写機やプリンタに使用されている定着装置では、加熱ローラ内にハロゲンランプを設け、このハロゲンランプによって加熱ローラを加熱するようにした構成が従来から広く用いられている。しかしながら、加熱開始時の立ち上がりが遅いという問題があり、近年、導電層を備えて加熱ローラを形成し、加熱ローラ内に備えられた磁界発生手段からの交番磁界を前記加熱ローラに与えることで、該加熱ローラに発生する渦電流によるジュール熱を用いて該加熱ローラ自体を発熱させるようにした誘導加熱方式の定着装置が注目されている。
このような誘導加熱方式の定着装置は、たとえば、特許文献1に記載される。
In a roller-type heating device, for example, in a fixing device used in an electrophotographic copying machine or printer, a configuration in which a halogen lamp is provided in the heating roller and the heating roller is heated by the halogen lamp has been conventionally used. Widely used. However, there is a problem that the rise at the start of heating is slow, and in recent years, a heating roller is formed with a conductive layer, and by applying an alternating magnetic field from the magnetic field generating means provided in the heating roller to the heating roller, Attention has been focused on an induction heating type fixing device in which the heating roller itself is heated using Joule heat generated by an eddy current generated in the heating roller.
Such an induction heating type fixing device is described in Patent Document 1, for example.
上述のようなローラ式誘導加熱装置は、前記加熱ローラ自体が発熱するので、前記ハロゲンランプを用いた加熱装置よりも効率がよいものの、さらに効率よく加熱するためには、表皮効果を加味して、加熱ローラの熱容量を少なく、たとえば薄くする必要がある。そのため、加熱ローラの保温性が低下して冷え易くなり、加熱停止後に再加熱する場合、再度規定の温度に設定されるまでに時間を要し、応答性に劣るという問題があった。 The roller induction heating device as described above is more efficient than the heating device using the halogen lamp because the heating roller itself generates heat. However, in order to heat more efficiently, the skin effect is added. It is necessary to reduce the heat capacity of the heating roller, for example, to make it thin. For this reason, the heat retaining property of the heating roller is lowered and it becomes easy to cool. When reheating is performed after the heating is stopped, there is a problem that it takes time until the temperature is set again to the specified temperature and the response is poor.
また、上記特許文献1に開示される定着装置は、図16に示されるようにヒートローラ201と加圧ローラ202から成るローラ対を基本に構成されており、ヒートローラ201は、ローラ外周部に配置された加熱コイル209と絶縁支持体208より成る誘導加熱体207によって発生する交番磁界を受けることで所定の温度に昇温される。
Further, the fixing device disclosed in Patent Document 1 is basically composed of a roller pair composed of a heat roller 201 and a pressure roller 202 as shown in FIG. 16, and the heat roller 201 is disposed on the outer periphery of the roller. The temperature is raised to a predetermined temperature by receiving an alternating magnetic field generated by the
一方、現像工程(図示せず)を経て定着部に送られてきた未定着像を有する用紙222は、所定の温度に昇温されたヒートローラ201と加圧ローラ202によって形成された接触ニップ部を通過する。このとき、用紙222上の未定着像は、熱と圧力により用紙222に定着される。
On the other hand, a
このように、ヒートローラ201と加圧ローラ202とから成る標準的な構成の定着装置において、ヒートローラ201を加熱する誘導加熱体207をヒートローラ201の外側に配置すると、加熱コイル209に供給する電力のほとんどがヒートローラ201の温度上昇に用いられるため、加熱効率が高められるという誘導加熱方式の特徴の他に、ヒートローラ201の組付作業の簡略化を実現できるとともに、ヒートローラ201を小径に構成することができ、定着装置およびレーザプリンタの小型化が可能となることが述べられている。
As described above, in the fixing device having a standard configuration including the heat roller 201 and the pressure roller 202, when the
しかしながら、上記従来の定着装置には、以下のような問題点があった。
(1)加熱コイル(誘導コイル)は、自身に流れる電流の作用でジュール熱を発生するため、コイルの温度は通電とともに上昇する。そのため、絶縁支持体(絶縁部材)上に加熱コイルを一体成形すると、繰り返し運転時に、熱膨張の差から両者が剥離してしまうなどの問題があった(線膨張係数の差が大きいため)。
However, the conventional fixing device has the following problems.
(1) Since the heating coil (induction coil) generates Joule heat by the action of a current flowing through the heating coil, the temperature of the coil rises with energization. For this reason, when the heating coil is integrally formed on the insulating support (insulating member), there is a problem that the two are separated from each other due to the difference in thermal expansion during repeated operation (because the difference in linear expansion coefficient is large).
(2)加熱コイル部が絶縁支持体上に直接成形されていると、ヒートローラ(加熱部材)からの温度が絶縁支持体を介して直接熱伝導の形で伝わるため、加熱コイルの温度が上昇し、抵抗成分を増加させるので効率が低下するという問題があった。 (2) When the heating coil portion is directly molded on the insulating support, the temperature from the heat roller (heating member) is transmitted in the form of direct heat conduction through the insulating support, so the temperature of the heating coil rises. However, since the resistance component is increased, the efficiency is lowered.
(3)加熱効率はまだ充分なものではなく、ロスが存在する。そのため、加熱効率を改善しようとすると、コイルのターン数の増加や加熱コイルをヒートローラ(加熱部材)に近接して配置する、などの対応を実施しなければならなかった。 (3) The heating efficiency is not yet sufficient, and there is a loss. Therefore, in order to improve the heating efficiency, it has been necessary to take measures such as increasing the number of turns of the coil and arranging the heating coil close to the heat roller (heating member).
しかし、コイルのターン数の増加は、加熱コイルを構成する線素長さの増加を招くため抵抗成分が増加するし、加熱コイルをヒートローラに近接して配置すると、加熱コイルの温度が、ヒートローラからの熱の影響を受けて上昇することにより抵抗成分が増加するので、いずれも加熱コイルでのジュール熱による損失増大を招くため、限度があった。 However, an increase in the number of turns of the coil causes an increase in the length of the wire element constituting the heating coil, so that the resistance component increases. If the heating coil is disposed close to the heat roller, the temperature of the heating coil is reduced by the heat. Since the resistance component increases due to an increase due to the influence of heat from the roller, both increase the loss due to Joule heat in the heating coil, so there is a limit.
本発明の目的は、温度変動を抑えるとともに、ウォームアップが速く、熱効率に優れ、低コストで安全性、信頼性の高い誘導加熱装置およびそれを備える画像形成装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an induction heating device that suppresses temperature fluctuation, has a fast warm-up, is excellent in thermal efficiency, is low in cost, is high in safety and reliability, and an image forming apparatus including the induction heating device.
本発明は、変動磁界中で電流が誘導される導電層を有する加熱部材と、
加熱部材を外囲するように配置され、導電層に変動磁界を発生させるための磁界発生手段と、
加熱部材に対向配置され、加熱部材の熱を被加熱材に伝えるために、被加熱材を加熱部材に押圧する加圧部材とを備えた誘導加熱装置であって、
前記磁界発生手段の外周に沿って磁性部材が設けられ、
上記磁性部材の、加熱部材の長手方向に直交する断面積、加熱部材の周方向に沿った長さ、または磁界発生手段との距離のうちのいずれかが、加熱部材の長手方向に沿って変化し、
上記磁界発生手段と加熱部材との間に配置され、磁界発生手段とは個別に形成された絶縁部材をさらに備え、
上記絶縁部材の加熱部材側もしくは磁界発生手段側の少なくとも一方の面に低透磁率の良熱伝導性部材が設けられたことを特徴とする誘導加熱装置である。
The present invention comprises a heating member having a conductive layer in which current is induced in a varying magnetic field;
A magnetic field generating means arranged to surround the heating member and for generating a variable magnetic field in the conductive layer;
An induction heating device that is disposed opposite to the heating member and includes a pressure member that presses the heated material against the heated member in order to transmit the heat of the heated member to the heated material,
A magnetic member is provided along the outer periphery of the magnetic field generating means,
Either the cross-sectional area of the magnetic member perpendicular to the longitudinal direction of the heating member, the length along the circumferential direction of the heating member, or the distance to the magnetic field generating means varies along the longitudinal direction of the heating member. and,
An insulating member disposed between the magnetic field generating means and the heating member, and formed separately from the magnetic field generating means;
An induction heating apparatus characterized in that a low-permeability good heat conductive member is provided on at least one surface of the insulating member on the heating member side or the magnetic field generating means side .
本発明に従えば、磁界発生手段の背面側(加熱部材と反対側)に磁性部材を配置することで、磁界発生手段によって発生する変動磁界のうち、背面側の磁束を集中させることができる。背面側の磁束が集中すると、その影響を受けて反対側に存在する加熱部材に鎖交する磁束密度も大きくなる。加熱部材と鎖交する磁束密度が大きくなると、加熱部材に発生する渦電流が大きくなるため、発熱量が増加する。以上の理由から、磁界発生手段背面側に磁性部材を配置すると加熱部材での発熱量が多くなるので、加熱効率が改善される。 According to the present invention, by disposing the magnetic member on the back side of the magnetic field generator hand stages (heating member opposite), among the fluctuating magnetic field generated by the magnetic field generating means, it is possible to concentrate the magnetic flux on the rear side it can. When the magnetic flux on the back side is concentrated, the magnetic flux density linked to the heating member on the opposite side is also increased due to the influence . When pressure heat member interlinked magnetic flux density increases, the eddy current generated in the heating member is increased, the calorific value increases. For the above reasons, if a magnetic member is disposed on the back side of the magnetic field generating means , the amount of heat generated by the heating member increases, so that the heating efficiency is improved.
さらに磁界発生手段が曲率を有して加熱部材の外側に配置されているため、加熱部材への磁束集中効果が大きいという効果があり、少ない量の磁性部材で効果的に磁束を集中させることができる。 Further, since the magnetic field generating means is disposed outside of the heating member has a curvature, there is an effect that magnetic flux concentration effect is greater to the heating member, be concentrated effectively flux in the magnetic member of small amounts it can.
また、該磁性部材により、加熱部材に磁束を効率よく集中できるようになるので、加熱部材と磁界発生手段との距離を広くとることができる。すなわち、加熱部材の温度の影響をより受けにくくすることができる。これにより、磁界発生手段の雰囲気の温度を低くすることができるので磁界発生手段の抵抗が下がり、ジュール損が少なくなり加熱効率が改善できる。 Further, the magnetic member, so it becomes possible to concentrate the magnetic flux efficiently to the heating member, it is possible to widen the distance between the heating member and the magnetic field generating means. That is, the influence of the temperature of the heating member can be made less susceptible. Thus, the resistance of the magnetic field generating means is lowered since it is possible to lower the temperature of the atmosphere of the magnetic field generating means, can be improved heating efficiency Joule loss is reduced.
さらに、磁性部材の断面積・長さもしくは磁界発生手段との距離を、磁性部材の配置場所に応じて変化させることによって、加熱部材に鎖交する磁束分布を制御することができるようになる。これにより、加熱部材の両端部など熱の逃げが多い部分の発熱量を、磁界発生手段かたとえば誘導コイルである場合その巻ピッチ等を変更することなく、容易に増加することができるので温度分布を均一にすることができる。 Furthermore, the magnetic flux distribution linked to the heating member can be controlled by changing the cross-sectional area / length of the magnetic member or the distance from the magnetic field generating means according to the location of the magnetic member. Thus, the heating value of the both end portions thermal partial relief often such a heating member, without changing the winding pitch and the like of that when a magnetic field generating means or for example induction coils, it is possible to easily increase the temperature The distribution can be made uniform.
該磁性部材は、複数個に分割されて配置されていてもよいし、それぞれの比透磁率を変化させることで同じ効果を得てもよい。該磁性部材は、絶縁部材で支持されていてもよい。 The magnetic member may be divided and arranged, or the same effect may be obtained by changing the relative magnetic permeability of each. The magnetic member may be supported by an insulating member.
また磁界発生手段と絶縁部材を別体で構成することにより、両者の熱膨張率の違いによる剥離破壊を防止することができる。また、絶縁部材には磁界発生手段を保持するホルダ(保持)部が配置されていてもよい。
さらに絶縁部材の一部に良熱伝導性部材を設けることで、絶縁部材の長手方向の温度分布を均一にすることができる。これにより、絶縁部材の温度ムラによるねじれ、たわみ等を防止することができる。
また、加熱部材から絶縁部材を介して磁界発生手段に到達する熱流束の加熱部材長手方向の分布を一様にすることができるので、磁界発生手段周辺の温度が場所によって極端に変わることがなくなり、磁界発生手段の寿命が長くなる。
さらに、良熱伝導性部材が加熱部材の外部に到達するよう構成し、加熱部材からの熱を外部に逃がすことによって、磁界発生手段周囲の熱上昇を抑えるような構成にしてもよい。
良熱伝導性部材が加熱部材に面した側にある場合は、表面が低放射率になるように表面処理がされていてもよい。 In addition , by constituting the magnetic field generating means and the insulating member separately, it is possible to prevent peeling failure due to the difference in thermal expansion coefficient between them. Also, the insulating member may be arranged holder (holding) portion for holding the magnetic field generating hand stage.
Furthermore, by providing a good heat conductive member in part of the insulating member, the temperature distribution in the longitudinal direction of the insulating member can be made uniform. Thereby, the twist, the deflection | deviation, etc. by the temperature nonuniformity of an insulating member can be prevented.
In addition, since the distribution of the heat flux in the longitudinal direction of the heating member that reaches the magnetic field generation means from the heating member through the insulating member can be made uniform, the temperature around the magnetic field generation means does not change extremely depending on the location. The life of the magnetic field generating means is prolonged.
Further, the heat conductive member may be configured to reach the outside of the heating member, and the heat rise around the magnetic field generating means may be suppressed by releasing the heat from the heating member to the outside.
When the heat-conductive member is on the side facing the heating member, the surface treatment may be performed so that the surface has a low emissivity.
また本発明は、上記絶縁部材が、断熱性を有する材料から成ることを特徴とする。
本発明に従えば、絶縁部材により、加熱部材の熱が伝わることで発生する磁界発生手段周囲の温度上昇を防ぎ、磁界発生手段の温度上昇による抵抗増加を抑えることができる。
In the invention, it is preferable that the insulating member is made of a heat insulating material.
According to the present invention, the insulating member, prevents the temperature rise of the magnetic field generating hand Danshu circumference that occur in the heat of the heating element is transmitted, it is possible to suppress increase in resistance due to temperature rise of the magnetic field generating means.
また本発明は、前記誘導加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
本発明に従えば、前述の優れた効果を達成する画像形成装置を得ることができる。
In addition, the present invention is an image forming apparatus including the induction heating device.
According to the present invention, an image forming apparatus that achieves the above-described excellent effects can be obtained.
本発明によれば、磁界発生手段を、加熱部材外部に配置し、磁界発生手段の背面側(加熱部材と反対側)に磁性部材を配置することで、加熱部材側に磁束を集中させることができるので、加熱効率を向上させることができる。また、該磁性部材によって磁束が集中する分、加熱部材と磁界発生手段との距離を広くとることができ、加熱部材の温度影響をより受けにくくすることができて加熱効率を向上することができる。 According to the present invention, the magnetic field generating hand stage, placed in pressurized thermal unit Zaigai section, by disposing the magnetic member on the back side of the magnetic field generator hand stages (heating member opposite), the heating member side Since the magnetic flux can be concentrated on the substrate, the heating efficiency can be improved. Further, since the magnetic member concentrates the magnetic flux, the distance between the heating member and the magnetic field generating means can be increased, and the temperature effect of the heating member can be made less susceptible to improve the heating efficiency. .
さらに、磁性部材の断面積・長さもしくは磁界発生手段との距離を、磁性部材の配置場所に応じて変化させることによって、加熱部材に鎖交する磁束分布を制御することができるようになり、加熱部材の熱の逃げが多い部分の発熱量を、磁界発生手段がたとえば誘導コイルである場合その巻ピッチ等を変更することなく、容易に増加して、温度分布を均一にすることができる。 Furthermore, the magnetic flux distribution linked to the heating member can be controlled by changing the cross-sectional area / length of the magnetic member or the distance from the magnetic field generating means according to the location of the magnetic member, the heating value of the heat portion escape many of the heating member, without changing the winding pitch and the like of that when the magnetic field generating means is an inductive coil for example, and easily increases, it can be made uniform temperature distribution .
また磁界発生手段と絶縁部材を別体構成にすることによって、両者の熱膨張率の違いによる剥離破壊を防止することができる。
また絶縁部材の一部に良熱伝導性部材を設けることによって、絶縁部材の長手方向の温度分布を均一にすることができ、絶縁部材の温度ムラによるねじれ、たわみ等を防止することができる。また、加熱部材から絶縁部材を介して磁界発生手段に到達する熱流束の加熱部材長手方向の分布を一様にすることができるので、磁界発生手段周辺の温度が場所によって極端に変わることがなくなり、磁界発生手の寿命が長くなる。
By the or magnetic field generating means and the insulating member separately configured, it is possible to prevent peeling destruction both by the difference in thermal expansion coefficient.
Further, by providing a good heat conductive member in a part of the insulating member, the temperature distribution in the longitudinal direction of the insulating member can be made uniform, and twisting, deflection, etc. due to temperature unevenness of the insulating member can be prevented. In addition, since the distribution of the heat flux in the longitudinal direction of the heating member that reaches the magnetic field generation means from the heating member through the insulating member can be made uniform, the temperature around the magnetic field generation means does not change extremely depending on the location. The life of the magnetic field generating hand is prolonged.
また本発明によれば、絶縁部材を断熱性を有する材料で構成することによって、絶縁部材により、加熱部材の熱が伝わることで発生する磁界発生手段周囲の温度上昇を防ぎ、磁界発生手段の温度上昇による抵抗増加を抑えることができる。 According to the invention, by a material having a heat insulating property of the insulating member, the insulating member, prevents the temperature rise of the magnetic field generating hand Danshu circumference that occur in the heat of the heating element is transmitted, the magnetic field The increase in resistance due to the temperature rise of the generating means can be suppressed.
また本発明によれば、前述の優れた効果を達成する画像形成装置を得ることができる。 According to or present invention, it is possible to obtain an image forming apparatus to achieve the excellent effects described above.
図1は、本発明を説明するための参考となる第1参考形態の誘導加熱装置である乾式電子写真機器における定着装置101の軸直角方向での断面図であり、図2(a)はその定着装置101の軸線方向での断面図である。定着装置101は、大略的に、加熱ローラ(加熱部材)102と、加圧ローラ(加圧部材)103と、磁界発生部材(磁界発生手段)104と、蓄熱部材105とを備えている。加熱ローラ102は、中空構造を有し、被加熱材を加熱する。加圧ローラ103は、加熱ローラ102に対向配置され、図示しない弾性部材によって加熱ローラ102を押圧する方向に付勢されている。磁界発生部材104は、加熱ローラ102を外囲するように配置される。蓄熱部材105は、加熱ローラ102内に空気層を介して配置される。
FIG. 1 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the axis of a
こうした構成の定着装置101は、加熱ローラ102と加圧ローラ103との間に被加熱材であるシート状の記録紙106を挟圧搬送することによって、記録紙106に転写されたトナーを、加熱溶融させて記録紙106に定着させる。図1では、定着前のトナー107は、定着後のトナー108に変化している。
The fixing
加熱ローラ102は、交番磁界中で発熱する導電層109を少なくとも1層備え、その外周面が離型層110で被覆されて形成された中空の筒状体の両端が、ベアリング111によって図示しない機体に回転自在に支持されて構成されている。導電層109は、ニッケル・クロム等の金属材料およびSi−Fe合金(ケイ素鋼)・Al−Fe合金・Ni−Fe合金・Co−Fe合金等のフェライト合金系の材料などの磁束当りの発熱量の大きい材料から成る。また、離型層110は、シリコーンゴムおよびPFA(テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂などの溶着トナーの剥離性の良好な材料から成る。加熱ローラ102は、たとえば外径30mm、内径28mmに形成され、離型層110は、導電層109と磁界発生部材104とが近接するように、たとえば50μmに形成される。
The heating roller 102 includes at least one
加圧ローラ103は、たとえば直径15mmのアルミニウム製の芯材に、厚さ7.5mmのシリコーンゴムから成る弾性体層を設けて形成される。また加圧ローラ103は、ばね等の弾性部材にて加熱ローラ102に対し、たとえば荷重100Nで圧接する。これによって、定着ニップ部Y(定着ニップ幅3.5mm)が形成される。さらに、加熱ローラ102は、図示しない駆動手段によって回転するよう構成されており、加熱ローラ102の回転に従動して加圧ローラ103が回転する構成となっている。 The pressure roller 103 is formed by providing an elastic layer made of silicone rubber having a thickness of 7.5 mm on an aluminum core having a diameter of 15 mm, for example. The pressure roller 103 is pressed against the heating roller 102 with an elastic member such as a spring, for example, with a load of 100N. As a result, a fixing nip portion Y (fixing nip width 3.5 mm) is formed. Further, the heating roller 102 is configured to be rotated by a driving unit (not shown), and the pressure roller 103 is rotated by the rotation of the heating roller 102.
蓄熱部材105は、熱容量の大きい部材であればよく、たとえばアルミニウム・鉄等の金属やPPS(ポリフェニルサルファイド)・PI(ポリイミド)等の耐熱樹脂などから成る。特に、鉄で構成することによって、漏れ磁束によって加熱されるので、蓄熱効果をより大きくすることができる。筒状に形成されるこの蓄熱部材105は、その両端部に嵌まり込む大径の板状部112aと、前記機体側で回転自在に軸支される小径の軸部112bとから成る断熱部材112によって、図示しない前記機体に回転自在に支持されるとともに、その内部が気密に封止される。
The heat storage member 105 may be a member having a large heat capacity, and is made of, for example, a metal such as aluminum or iron, or a heat resistant resin such as PPS (polyphenyl sulfide) or PI (polyimide). In particular, by being composed of iron, it is heated by the leakage magnetic flux, so the heat storage effect can be further increased. The heat storage member 105 formed in a cylindrical shape has a
断熱部材112は、たとえばPPSやPI・フッ素樹脂などの一般的な耐熱樹脂から成る。蓄熱部材105の内部は、図1および図2(a),図2(b)では中空になっているけれども、中実であってもよい。また、中空の場合、内部は空気層のままであってもよく、また液体等を封入してもよい。さらにまた、図2(a)では、蓄熱部材105と断熱部材112とが別部材で構成されているが、図2(a)から明らかなように、軸直角方向の断面積が、蓄熱部材105側(大径の板状部112a)と断熱部材112側(小径の軸部112b)とで異なり、前記機体側への熱伝導を制御できる場合には、同一材質で構成してもよい。また、図2(b)に示すように、断熱部材112側の断面積をさらに小さくするようなスリット117を構成してもよい。
The
磁界発生部材104は、たとえば、図3(a)に示すようにアルミニウムの中実線で表面に絶縁被膜(たとえば樹脂・酸化膜)が塗布された素線が、空芯で巻回された構成のものが使用される。あるいは、図3(b)に示すように、パーマロイ・センダスト・ミューメタル・純鉄・ケイ素鋼等から成るコア114を有し、PPS(ポリフェニルサルファイド)・PI(ポリイミド)等の耐熱樹脂から成るボビン115に、コイル116を巻回して構成したものを用いてもよい。磁界発生部材104は、励磁回路118に接続されている。加熱ローラ102の外周面には、ニップ部Y近傍に、サーミスタ等から成る温度検知素子113が当接しており、その検知結果および画像形成要求などに応答して、前記磁界発生部材104に高周波電流が印加され、予め規定された温度となるように制御される。
For example, as shown in FIG. 3 (a), the magnetic field generating member 104 has a structure in which a solid wire having an insulating coating (for example, a resin / oxide film) applied to its surface is wound with an air core. Things are used. Alternatively, as shown in FIG. 3B, it has a core 114 made of permalloy, sendust, mu metal, pure iron, silicon steel, etc., and made of a heat-resistant resin such as PPS (polyphenyl sulfide), PI (polyimide). A bobbin 115 formed by winding a coil 116 may be used. The magnetic field generating member 104 is connected to the
磁界発生部材104は、ニップ部Yを除いて、加熱ローラ102を外囲するように、かつ近接して配設されている。したがって、誘導コイル(磁界発生部材104)を加熱ローラ102内に配置する構成に比べて、単位電流当りに加熱ローラ102を通過する磁束を増加させることができ、高効率であるとともに、組立てが容易で、ローラ径を小径にできる等、製造や設計の自由度を向上することができる。 The magnetic field generating member 104 is disposed so as to surround the heating roller 102 except for the nip portion Y. Therefore, as compared with the configuration in which the induction coil (magnetic field generating member 104) is disposed in the heating roller 102, the magnetic flux passing through the heating roller 102 per unit current can be increased, which is highly efficient and easy to assemble. Thus, the degree of freedom in manufacturing and design can be improved, for example, the roller diameter can be reduced.
次に、上記のように構成された定着装置101の動作について説明する。まず、ウォームアップ時において、励磁回路118がONとなり、誘導コイルが励磁され、加熱ローラ102の導電層109に交流渦電流が誘起され、ジュール熱により発熱する。このときの発熱量は、たとえば800Wである。また、励磁回路118による通電が開始すると同時に、加熱ローラ102が回転駆動することにより加圧ローラ103が従動回転する。加熱ローラ2の表面温度は温度検知素子113によって常時検知され、加熱ローラ102の表面温度が規定の温度(たとえば180℃)に達すると、ウォームアップが完了し、励磁回路118による誘導コイルへの通電がON−OFF制御に切換わり、加熱ローラ102の表面温度が前記の規定温度に維持される。
Next, the operation of the fixing
次に、未定着トナー107の像が転写された記録紙106が定着ニップ部Yに搬送され、加熱ローラ102の熱および加圧ローラ103の圧力によりトナー108の像に溶融定着され、記録紙106上に固定され堅牢な画像となる。
Next, the
図4は、定着装置101の一適用例であるカラー画像形成装置150の概略断面図である。カラー画像形成装置150は、4色の可視像形成ユニット140Y,140M,140C,140Bを記録紙106の搬送路に沿って配列した、いわゆるタンデム式のプリンタである。具体的には、記録紙106の供給トレイ120と定着装置101とを繋ぐ記録紙106の搬送路に沿って、4組の可視像形成ユニット140Y,140M,140C,140Bを配設し、記録紙搬送手段130の搬送ベルト133によって搬送される記録紙106に、各色トナーを多重転写した後、定着装置101によってこれを定着してフルカラー画像を形成するものである。記録紙搬送手段130は、一対の駆動ローラ131およびアイドリングローラ132によって架張され、所定の周速度(本実施では134mm/s)に制御されて回動する無端状の搬送ベルト133を有し、このベルト上に記録紙106を静電吸着させて搬送する。各可視像形成ユニット140Y,140M,140C,140Bは、感光体ドラム141の周囲に、帯電ローラ142、レーザ光照射手段143、現像器144、転写ローラ145、クリーナ146を配置して構成されており、各ユニットの現像器にはイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(B)の各トナーがそれぞれ収容されている。各可視像形成ユニット140Y,140M,140C,140Bは、以下の工程によりトナー画像を記録紙106上に形成する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a color
すなわち、感光体ドラム141表面を帯電ローラ142で一様に帯電した後、レーザ光照射手段143により感光体ドラム141表面を画像情報に応じてレーザ露光し、静電潜像を形成する。その後、現像器144により感光体ドラム141上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ145により記録紙搬送手段130によって搬送される記録紙106に順次転写するようになっている。
That is, after the surface of the photosensitive drum 141 is uniformly charged by the charging
その後、記録紙106は駆動ローラ131の曲率により搬送ベルト133から剥離された後、定着装置101に搬送される。そこで前述のとおり、規定の温度に保たれた加熱ローラ102および加圧ローラ103により適度な温度と圧力が与えられる。トナーは溶解し記録紙106に固定され、堅牢な画像となる。
Thereafter, the
以上のように本発明の誘導加熱式の定着装置101は、加熱ローラ102を中空形状として、磁界発生部材104を該加熱ローラ102を外囲するように配置し、その加熱ローラ102内に、空気層を介して、蓄熱部材105を備えている。
As described above, in the induction heating
したがって、誘導加熱で効率よく加熱するために、表皮効果を加味して加熱ローラ102の熱容量を少なくしても、蓄熱部材105によって加熱ローラ102の放熱を抑え、温度低下を少なくすることができるとともに、加熱時には、加熱ローラ102で発生した熱が直接蓄熱部材105に流れ込むことがないので、立ち上がり時間には殆ど影響を与えることはなく、また加熱時のエネルギの増加を招くこともない。このようにして、加熱ローラ102を熱し易く冷え難くすることができ、再加熱時の立ち上げ時間を短縮することができるとともに、待機時の予熱運転に必要な電力を少なくすることができ、省エネルギな熱定着装置を実現することができる。 Therefore, in order to efficiently heat by induction heating, even if the heat capacity of the heating roller 102 is reduced in consideration of the skin effect, the heat storage member 105 can suppress the heat radiation of the heating roller 102 and reduce the temperature drop. During heating, the heat generated by the heating roller 102 does not flow directly into the heat storage member 105, so that the rise time is hardly affected and the energy during heating is not increased. In this way, the heating roller 102 can be easily heated and difficult to cool, the start-up time at the time of reheating can be shortened, and the power required for the preheating operation during standby can be reduced. An energy heat fixing device can be realized.
また、蓄熱部材105を支持する断熱部材112の断面積が、該蓄熱部材105側の大径の板状部112aと、機体側の小径の軸部112bとで異なるように形成されているので、蓄熱部材105が蓄えた熱を、外部に逃げにくくすることができる。
In addition, since the cross-sectional area of the
なお、特許第2616433号公報には、加熱ローラを外囲するように磁界発生手段を配置することが記載されているけれども、加熱ローラの内部は中空のままであり、前記ハロゲンランプを用いた加熱装置よりも効率がよいものの、加熱ローラの熱容量を小さくして始動時の立ち上げ時間を短縮すると、加熱ローラは冷え易くなり、再加熱時の立ち上げに長時間を要し、応答性に劣る。これに対して、熱容量を大きくすると、再加熱時の応答性は向上するけれども、始動時の立ち上げ時間が長くなってしまう。 Japanese Patent No. 2616433 describes that the magnetic field generating means is disposed so as to surround the heating roller, but the inside of the heating roller remains hollow, and heating using the halogen lamp is performed. Although it is more efficient than the device, if the heat capacity of the heating roller is reduced to shorten the start-up time at start-up, the heat roller will be easy to cool, and it takes a long time to start up at the time of reheating, resulting in poor response. . On the other hand, when the heat capacity is increased, the responsiveness at the time of reheating is improved, but the start-up time at the start-up becomes longer.
図5は、本発明を説明するための参考となる第2参考形態の定着装置151における加熱ローラ102部分の軸線方向断面図である。定着装置151において、前述の定着装置101に類似し、対応する部分には、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。注目すべきは、この定着装置151では、加熱ローラ102の両端の開口部に、空気の流出入を制限する封止(遮断)部材152を設けていることである。
FIG. 5 is a cross-sectional view in the axial direction of the heating roller 102 in the
これによって、加熱ローラ102内が気密に封止され、蓄熱部材105が蓄えた熱を、一層外部に逃げにくくすることができる。封止部材152は、前述した断熱部材112と同様の材料が使用される。
Accordingly, the inside of the heating roller 102 is hermetically sealed, and the heat stored in the heat storage member 105 can be further prevented from escaping to the outside. The sealing member 152 is made of the same material as that of the
図6は、本発明を説明するための参考となる第3参考形態の定着装置161における加熱ローラ102部分の軸線方向断面図である。定着装置161において、前述の定着装置101に類似し、対応する部分には、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。定着装置161では、加熱ローラ102内に蓄熱部材105は設けられておらず、加熱ローラ102の両端の開口部に、空気の流出入を制限する封止部材152が設けられている。
FIG. 6 is a cross-sectional view in the axial direction of the heating roller 102 in the
これによって、加熱ローラ102内が気密に封止され熱を蓄えることができる。さらに、加熱ローラ102内部に蓄熱部材105を設けていないので、加熱ローラ102の径を小さくする上で制限を受けない。したがって、定着装置161をこのように構成することにより、画像形成装置の小型化が図れる。なお、この場合も、封止部材152は前述した断熱部材112と同様の材料を使用することができる。
As a result, the inside of the heating roller 102 is hermetically sealed and heat can be stored. Furthermore, since the heat storage member 105 is not provided inside the heating roller 102, there is no restriction in reducing the diameter of the heating roller 102. Therefore, the image forming apparatus can be reduced in size by configuring the fixing
なお、第2参考形態および第3参考形態についても、第1参考形態と同様に、図4のカラー画像形成装置150に適用可能である。
Note that the second reference embodiment and the third reference embodiment can also be applied to the color
誘導加熱装置は、たとえば電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として適用されるものである。図7は本発明を説明するための参考となる第4参考形態の定着装置の概略断面図であり、これを用いて基本構成について説明する。 Induction heating apparatus, for example, and is applied as a fixing apparatus used in an electrophotographic image forming apparatus. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a fixing device according to a fourth reference embodiment, which serves as a reference for explaining the present invention, and the basic configuration will be described using this.
図7に示すように、本参考形態の定着装置301では、加熱部材に円筒状のローラ(加熱ローラ)302を使用し、加熱ローラ302に当接した加圧ローラ(加圧部材)303と加熱ローラ302によって形成された定着ニップ部Yに、トナーなどの熱溶融樹脂で記録紙(被加熱材)306上に画像を形成した未定着用紙を通過させることで熱と圧力により、記録紙306に画像を固定するよう構成されている。 As shown in FIG. 7, in the fixing device 301 of this preferred embodiment, using a cylindrical roller (heating roller) 302 to the heating member, contact with the pressure roller (pressure member) to the heating roller 302 303 and the heating An unfixed sheet on which an image has been formed on a recording sheet (heated material) 306 with a hot-melt resin such as toner is passed through a fixing nip Y formed by a roller 302, so that the recording sheet 306 is heated and pressed. It is configured to fix the image.
加熱ローラ302を加熱する誘導コイル(磁界発生手段)304は、加熱ローラ302の外周部に配置されている。加熱ローラ302の温度を検知する温度検知素子(サーミスタ)351は、加熱ローラ302上に当接されており、この検知結果をもとに励磁回路352により誘導コイル304を制御する。
An induction coil (magnetic field generating means) 304 for heating the heating roller 302 is disposed on the outer peripheral portion of the heating roller 302. A temperature detection element (thermistor) 351 for detecting the temperature of the heating roller 302 is in contact with the heating roller 302, and the
誘導コイル304は、加熱ローラ302の半円周を覆うような形状を有し、加熱ローラ302と反対側の領域に磁性部材353が配置されている。該磁性部材353と誘導コイル304は、絶縁性のホルダ部354に取付けられている(図10〜図12参照)。
The
以上が、第4参考形態の最も基本的な構成である。次に、図7を用いて第4参考形態を詳細に説明する。 The above is the most basic configuration of the fourth reference embodiment. Next, the fourth reference embodiment will be described in detail with reference to FIG.
加熱ローラ302は、変動磁界を受けて発熱するために少なくとも1層以上の導電層350を有するよう構成されている。該導電層350は、比透磁率の大きいものが適している。たとえば、鉄や磁性ステンレス(SUS430など)、珪素鋼板、電磁鋼板、ニッケル鋼等から構成されることが望ましい。また、比透磁率が低い材料であっても、抵抗率が大きい材料(たとえば非磁性ステンレス:SUS304など)は、渦電流発生時の発熱量が大きいので使用してもよい。あるいは、非磁性のベース部材(たとえば、セラミックなど)に比透磁率の高い前記材料が導電性を有するように配置されているような構成であってもよい。本実施形態では、加熱ローラ302にφ30mm・厚さ0.4mmの鉄ローラ(材質:STKM)を使用している。 The heating roller 302 is configured to have at least one conductive layer 350 in order to generate heat upon receiving a varying magnetic field. The conductive layer 350 having a large relative permeability is suitable. For example, it is desirable to be composed of iron, magnetic stainless steel (SUS430, etc.), silicon steel plate, electromagnetic steel plate, nickel steel or the like. Even if the material has a low relative magnetic permeability, a material having a high resistivity (for example, nonmagnetic stainless steel: SUS304) may be used because it generates a large amount of heat when an eddy current is generated. Alternatively, it may be configured such that the material having a high relative permeability is disposed on a nonmagnetic base member (for example, ceramic) so as to have conductivity. In this embodiment, an iron roller (material: STKM) having a diameter of 30 mm and a thickness of 0.4 mm is used as the heating roller 302.
加熱ローラ302の表面には、トナーがオフセット(加熱ローラ302に付着)するのを防ぐために、離型層309を有するように構成されている。離型層309には、PFA(テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素系の材料やシリコーンゴム、フッ素ゴムなどが適している。本実施形態では、PTFEを20μmコートしている。 The surface of the heating roller 302 is configured to have a release layer 309 in order to prevent toner from being offset (attached to the heating roller 302). For the release layer 309, fluorine-based materials such as PFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkyl vinyl ether) and PTFE (polytetrafluoroethylene), silicone rubber, fluororubber, and the like are suitable. In this embodiment, 20 μm of PTFE is coated.
次に、磁界発生手段である誘導コイル304について説明する。誘導コイル304の目的は、加熱ローラ302を渦電流で発熱することにある。図7のように誘導コイル304を加熱ローラ302の外側に配置すると、曲率が存在するため、誘導コイル304の中心側に磁束が集中し、渦電流の発生量が多くなる。加熱ローラ302の材料を高透磁率のものにするとさらに磁束が集中するので、加熱効率が改善されるのは前述の通りである。
Next, the
次に、本参考施形態で使用した誘導コイル304の形状を図8に示す(平面図・正面図・側面図の3図面)。本参考形態では耐熱性を考慮してアルミニウム単線(表面絶縁層(たとえば酸化膜)あり)を使用しているが、銅線もしくは銅ベースの複合部材線であってもよいし、リッツ線(エナメル線等を撚り線にしたもの)であってもよい。いずれの線材を使用しても、コイルでのジュール損を抑えるためには、誘導コイル304の全抵抗値は0.5Ω以下、望ましくは0.1Ω以下であるほうがよい。また、図示した誘導コイル304は、加熱ローラ302の長手方向に1つしか存在しないが、定着させる記録紙306のサイズに応じて複数個配置してもよい。
Next, the shape of the
次に、誘導コイル304のさらに外側に誘導コイル304に沿って配置される磁性部材353について説明する。磁性部材353の材料は、加熱ローラ302よりも高透磁率な材料で構成されることが望ましく、フェライト(ニッケル・マンガン系やマンガン・フェライト系など)や珪素鋼板・電磁鋼板などが適している。磁性部材353は導電性があるとその部分で渦電流が発生するので、焼結で形成することや、積層構造にすることが望ましい。本参考形態では、ニッケル・マンガン系のフェライト焼結合金を使用した。
Next, the
次に、該磁性部材353の配置構造について説明する。図9に示すように、本参考形態において、該磁性部材353は、耐熱樹脂性のホルダ部354を介して前記誘導コイル304に取付けられている。
Next, the arrangement structure of the
該磁性部材353の断面形状は、加熱ローラ302の長手方向に一定であるが、加熱ローラ302に鎖交する磁束分布が該磁性部材353の影響を受けるという特徴を利用して、加熱ローラ302の長手方向に断面形状を変化させ、磁性部材353の厚さをt1,t2とすると、t1<t2とすることで加熱ローラ302の温度分布を制御してもよい(図10)。また図11に示すように、円周方向の長さに変化をもたせる(周方向の長さをw1,w2とすると、w1<w2とする)形態、誘導コイル304との距離を加熱ローラ302の長手方向に変化させる(図12)などの構成にしても同様の効果を得ることができる。上記各図において、磁性部材353は断面形状を急峻に変化させた場合の例を示しているが、断面形状は滑らかに連続的に変化するように構成してもよい。この場合、該磁性部材353は、形状が異なる部分を別の磁性部材353で構成してもよく、また、比透磁率の異なる複数の磁性部材353を配置してもよい。さらに、上記磁性部材353は、図10〜図12に示した形態をそれぞれ個別に構成してもよく、これらを組合せて構成してもよい。
Although the cross-sectional shape of the
このように磁性部材353を誘導コイル304の外側に配置することで、誘導コイル304の巻き方如何にかかわらず、容易に温度分布を制御できる定着装置301を実現できる。また、誘導コイル304が曲率を有しているため、加熱ローラ302への磁束集中効果が大きいので、少ない該磁性部材353で効果的に磁束を集中させることができる。
By disposing the
加圧ローラ303は、鉄・ステンレスもしくはアルミニウムの芯金上に、シリコーンゴムなどの耐熱弾性体層を有するように構成されている。表面には、離型層が形成されていてもよい。該加圧ローラ303は、図示しない弾性部材(バネ)によって、加熱ローラ302に100Nの力で圧接されている。これにより加熱ローラ302との間に幅が3.5mm程度の定着ニップ部Yが形成される。 The pressure roller 303 is configured to have a heat-resistant elastic body layer such as silicone rubber on an iron / stainless steel or aluminum cored bar. A release layer may be formed on the surface. The pressure roller 303 is pressed against the heating roller 302 with a force of 100 N by an elastic member (spring) not shown. As a result, a fixing nip Y having a width of about 3.5 mm is formed between the heating roller 302 and the heating roller 302.
次に、上記のように構成された本実施形態の定着装置における定着動作について説明する。まずウォームアップ時において、誘導コイル304に接続された励磁回路352がONとなり、誘導コイル304が励磁され、加熱ローラ302の導電層350に交流渦電流が励起され、ジュール熱により発熱する。このときの発熱量は約800Wである。また、励磁回路352による通電が開始すると同時に、加熱ローラ302が回転駆動することにより加圧ローラ303が従動回転する。加熱ローラ302の表面温度は温度検知素子351によって常時検知され、加熱ローラ302の表面温度が所定の温度(本実施形態では180℃)に達すると、ウォームアップが完了し、励磁回路352による誘導コイル304への通電がON−OFF制御に切換わり、加熱ローラ302の表面温度が所定の温度に維持される。
Next, a fixing operation in the fixing device of the present embodiment configured as described above will be described. First, at the time of warm-up, the
次に、未定着トナー像が転写された記録紙(被加熱材)306が定着ニップ部Yに搬送され、加熱ローラ302の熱および加圧ローラ303の圧力によりトナー像は溶融定着され、記録紙306上に固定され堅牢な画像となる。 Next, the recording paper (heated material) 306 onto which the unfixed toner image is transferred is conveyed to the fixing nip Y, and the toner image is melted and fixed by the heat of the heating roller 302 and the pressure of the pressure roller 303, and the recording paper The image is fixed on 306 and becomes a robust image.
以上に述べた誘導加熱装置は、定着装置に限らず、湿式電子写真機器における乾燥装置・インクジェットプリンタにおける乾燥装置・リライタブルメディア用消去装置等の加熱装置としても用いることができる。 The induction heating device described above can be used not only as a fixing device but also as a heating device such as a drying device in a wet electrophotographic apparatus, a drying device in an inkjet printer, or an erasing device for rewritable media.
図13に本発明を説明するための参考となる第5参考形態を示す。同図に示すように、基本的な構成は、第4参考形態と同じであり、第4参考形態と異なる点は、誘導コイル304と加熱ローラ302との間に絶縁部材355が備えられている点であり、両者が個別に分離できる構成となっている点である。絶縁部材355と誘導コイル304取付け部の詳細図を図14に示す(磁性部材353は省略している)。絶縁部材355は、加熱ローラ302の外周面をカバーするように構成されている。絶縁部材355の材料としては、PPS(ポリフェニルサルファイド)やPI(ポリイミド)、セラミック等の耐熱性を有するものが適している。また、絶縁部材355には、誘導コイル304を保持するコイル取付けリブ356とホルダ部354があり、このコイル取付けリブ356とホルダ部354により誘導コイル304を挟持することにより、誘導コイル304が絶縁部材355と全面で密着しないように構成されている。このような構成(絶縁部材355と誘導コイル304が別の部材で構成されていること、あるいは、誘導コイル304の一部が絶縁部材355に固定されて構成されていること)により、線膨張係数の違いによる両者の熱膨張の差を吸収することができるので、両者を一体化して構成した場合に生じる剥離を防止することができる。
FIG. 13 shows a fifth reference embodiment which is a reference for explaining the present invention. As shown in the figure, the basic configuration is the same as the fourth reference embodiment, the fourth reference embodiment differs from the insulating member 355 is provided between the
また、誘導コイル304と絶縁部材355の接触面積を少なくすることで、加熱ローラ302から絶縁部材355を通して誘導コイル304に伝わる熱を少なくすることができる。すなわち、誘導コイル304の雰囲気温度が下がり、温度上昇に伴って発生するジュール損を低減することができる。
Further, by reducing the contact area between the
図15に、本発明の第1実施形態を示す。基本的な構成は第4参考形態と同様であり、第4参考形態と異なる点は、誘導コイル304と加熱ローラ302との間に絶縁部材355が備えられており、該絶縁部材355が絶縁層359と断熱部材357と良熱伝導性の非磁性部材358とにより構成されている点である。
FIG. 15 shows a first embodiment of the present invention . The basic structure is the same as the fourth reference embodiment, the fourth reference embodiment differs, the
絶縁層359には、上述したPPS,PIおよびセラミックなどの材料が用いられる。上記断熱部材357は、加熱ローラ302から伝わる熱の伝導性を抑制するために配置されているものである。材料としては、耐熱性を有するシリコン系やウレタン系のスポンジ(発泡体)やアミド系やアラミド系等の耐熱繊維で構成された不織布、ガラスウール等が適している。本実施形態では、シリコン耐熱スポンジを用いている。また、耐熱特性を向上させるために、絶縁部材355自体を多孔質構造を有する部材で構成したり、内部にガラス繊維を含有する複合部材で構成してもよい。
For the insulating layer 359, the above-described materials such as PPS, PI, and ceramic are used. The
本実施形態においては、上記絶縁部材355の加熱ローラ302側に良熱伝導性部材358を配置するのがより望ましい。このように構成することで、加熱ローラ302から誘導コイル304に到達する熱の場所による不均一性を低減することができるので、絶縁部材355の熱の分布によるネジレやたわみを防止することができる。また、誘導コイル304周囲の温度分布が一様になるので、誘導コイル304表面に形成されている表面絶縁層の寿命を延ばすことができる。
In the present embodiment, it is more desirable to dispose a good heat conductive member 358 on the heating roller 302 side of the insulating member 355. With this configuration, nonuniformity due to the location of heat reaching the
上記良熱伝導性部材358は、誘導コイル304による変動磁場の影響を受けないように低透磁率の良導電体、たとえば、アルミニウムや銅であることが望ましい。本実施形態においては、アルミニウムの薄膜を使用した。
The good heat conductive member 358 is preferably a good conductor having a low magnetic permeability, such as aluminum or copper, so as not to be affected by the varying magnetic field generated by the
また、上記良熱伝導性部材358は、断熱部材357の加熱ローラ302側、あるいは、誘導コイル304側の何れかの面に少なくとも1層あればよく、定着装置371の外部にまで導くように配置してもよい。このように構成することにより、加熱ローラ302から誘導コイル304に到達する熱流束がさらに抑えられるため誘導コイル304の周囲の温度が低下し、誘導コイル304の表面絶縁層の寿命を延ばすことができる。
Further, the good heat conductive member 358 may have at least one layer on either the heating roller 302 side or the
さらに、加熱ローラ302からの熱輻射を抑えるために、絶縁部材355や断熱部材357、あるいは、良熱伝導性部材358の表面が低放射率になるように表面処理されてもよい。この表面処理としては、アルミニウムや銅を蒸着やスパッタで薄層形成する、白系の耐熱塗料塗布する、表面性をよくする(表面粗さをよくする)などの方法がある。
Further, in order to suppress heat radiation from the heating roller 302, the surface of the insulating member 355, the
なお、本実施形態では、誘導コイル304の外側に磁性部材353を備えた構成に適用した場合を示しているが、本構成を磁性部材353のない場合に適用しても同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the case where the
第4参考形態の定着装置301、第5参考形態の定着装置361および第1実施形態の定着装置371は、図4に示したカラー画像形成装置150に適用可能である。なお、カラー画像形成装置150の動作は、第1参考形態の場合と同様であり、説明は省略する。
Fourth reference embodiment of the fixing device 301, a fixing device 371 of the fixing device 361 and the first embodiment of the fifth reference embodiment is applicable to a color
本発明は、次の構成を備える形態が可能である。
(1)変動磁界中で電流が誘導される導電層、および中空構造を有する加熱部材と、
加熱部材を外囲するように配置され、導電層に変動磁界を発生させるための磁界発生手段と、
加熱部材に対向配置され、加熱部材との間にシート状の被加熱材を挟圧搬送するための加圧部材と、
加熱部材の内壁との間に空気層を介し、加熱部材の内部空間に配置される蓄熱部材とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
The present invention can have a form having the following configuration .
(1) a conductive layer in which a current is induced in a varying magnetic field, and a heating member having a hollow structure;
A magnetic field generating means arranged to surround the heating member and for generating a variable magnetic field in the conductive layer;
A pressure member disposed opposite to the heating member, for conveying the sheet-like material to be heated between the heating member and the heating member;
An induction heating apparatus comprising: a heat storage member disposed in an internal space of the heating member via an air layer between the inner wall of the heating member.
誘導加熱で効率よく加熱するためには、表皮効果を加味して加熱ローラ(加熱部材)の熱容量を少なくする必要がある。そのため、冷え易くなるという欠点があった。そこで、加熱ローラの蓄熱を行おうとする場合、磁界発生手段が加熱ローラ内に配置されていると、コイルの温度も高くなり、コイルの絶縁被覆が困難になるだけでなく、ジュール損が増加するという問題が生じる。コイルの抵抗値をR、コイルに流れる電流値をIとした場合、ジュール損は、I2Rで表わされる。 In order to efficiently heat by induction heating, it is necessary to reduce the heat capacity of the heating roller (heating member) in consideration of the skin effect. For this reason, there is a drawback that it is easy to cool. Therefore, when storing heat in the heating roller, if the magnetic field generating means is disposed in the heating roller, the temperature of the coil also increases, which not only makes it difficult to coat the coil, but also increases Joule loss. The problem arises. When the resistance value of the coil is R and the current value flowing through the coil is I, Joule loss is represented by I 2 R.
このため、加熱ローラを中空形状として、前記磁界発生手段を該加熱ローラを外囲するように配置し、空いた加熱ローラの内部空間に、空気層を介して蓄熱部材を設け、該加熱ローラを熱し易く冷え難くして、加熱終了後の放熱を抑え、温度低下を少なくする。すなわち、蓄熱部材を空気層を介して配置するので、加熱時に、加熱ローラの熱が直接蓄熱部材に流れ込むことがないので、立ち上がり時間には殆ど影響を与えることはなく、また加熱時のエネルギの増加を招くこともなく、蓄熱効果のみを発揮させる。 For this reason, the heating roller has a hollow shape, the magnetic field generating means is arranged so as to surround the heating roller, a heat storage member is provided in the internal space of the vacant heating roller via an air layer, and the heating roller is It is easy to heat and hard to cool, suppresses heat dissipation after the end of heating, and reduces temperature drop. That is, since the heat storage member is arranged through the air layer, the heat of the heating roller does not flow directly into the heat storage member during heating, so that the rise time is hardly affected and the energy of the heating is not affected. Only the heat storage effect is exhibited without causing an increase.
これによって、再加熱時には、蓄熱部材の保熱効果と併せて加熱ローラを規定の温度値に立ち上げる時間を短縮することができるとともに、待機時の予熱運転に必要な電力を少なくすることができる。以上の効果により、たとえば省エネルギ即熱定着装置を実現できる。 Thereby, at the time of reheating, it is possible to shorten the time for raising the heating roller to the specified temperature value together with the heat retaining effect of the heat storage member, and it is possible to reduce the power required for the preheating operation during standby. . Due to the above effects, for example, an energy-saving immediate heat fixing device can be realized.
加熱ローラ(加熱部材)の内部空間に蓄熱部材を配置させることによって、加熱ローラを熱し易く冷え難くして、加熱終了後の放熱を抑え、温度低下を抑えることができる。 By disposing the heat storage member in the internal space of the heating roller (heating member), the heating roller can be easily heated and not easily cooled, heat dissipation after the heating is completed, and a temperature drop can be suppressed.
(2)上記蓄熱部材を支持する支持部材の断面積は、蓄熱部材から離れるとともに変化することを特徴とする誘導加熱装置。 (2) The induction heating device, wherein the cross-sectional area of the support member that supports the heat storage member changes as the heat storage member moves away from the heat storage member.
支持部材の断面積を蓄熱部材との距離に応じて変化させるので、支持部材の熱抵抗が途中で変化し、蓄熱部材が蓄えた熱を、外部に逃げ難くすることができる。 Since the cross-sectional area of the support member is changed according to the distance from the heat storage member, the heat resistance of the support member changes in the middle, and the heat stored in the heat storage member can be made difficult to escape to the outside.
(3)上記支持部材は、断熱性を有する材料で構成されていることを特徴とする誘導加熱装置。 (3) The said supporting member is comprised with the material which has heat insulation, The induction heating apparatus characterized by the above-mentioned.
支持部材を熱伝導の低い部材で構成することで、蓄熱部材が蓄えた熱を、外部に逃げにくくすることができる。 By configuring the support member with a member having low thermal conductivity, it is possible to make it difficult for the heat stored in the heat storage member to escape to the outside.
(4)上記加熱部材の開口部に空気の流出入を制限する封止部材を配設することを特徴とする誘導加熱装置。 (4) An induction heating apparatus characterized in that a sealing member for restricting the inflow and outflow of air is disposed in the opening of the heating member.
封止部材を配設し、空気の流出入を抑えることで、蓄熱部材が蓄えた熱を、外部に逃げにくくすることができる。 By disposing the sealing member and suppressing the inflow and outflow of air, it is possible to make it difficult for the heat stored in the heat storage member to escape to the outside.
(5)変動磁界中で電流が誘導される導電層、および中空構造を有する加熱部材と、
加熱部材を外囲するように配置され、導電層に変動磁界を発生させるための磁界発生手段と、
加熱部材に対向配置され、加熱部材との間にシート状の被加熱材を挟圧搬送するための加圧部材と、
加熱部材の開口部に配設され、内部空間の空気の流出入を制限する封止部材とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
(5) a conductive layer in which a current is induced in a varying magnetic field, and a heating member having a hollow structure;
A magnetic field generating means arranged to surround the heating member and for generating a variable magnetic field in the conductive layer;
A pressure member disposed opposite to the heating member, for conveying the sheet-like material to be heated between the heating member and the heating member;
An induction heating apparatus comprising: a sealing member that is disposed in an opening of the heating member and restricts the inflow and outflow of air in the internal space.
空気の流出入を抑えることで、加熱ローラ(加熱部材)内に熱を蓄えることができ、外部に逃げにくくすることができる。加熱ローラ内部に蓄熱部材を配置する構成では、蓄熱部材の大きさがあるため、加熱ローラを小さくするには制限を受けるが、この構成では蓄熱部材を含まないため、その大きさによる制限を受けないため、ローラ径を小さくする際に有利である。 By suppressing the inflow and outflow of air, heat can be stored in the heating roller (heating member), and it can be made difficult to escape to the outside. In the configuration in which the heat storage member is arranged inside the heating roller, the heat storage member has a size. Therefore, the heating roller is limited in size. However, in this configuration, the heat storage member is not included. This is advantageous when reducing the roller diameter.
101,151,161,301,361,371 誘導加熱装置(定着装置)
102,302 加熱ローラ(加熱部材)
103,303 加圧ローラ(加圧部材)
104,304 磁界発生手段(誘導コイル,磁界発生部材)
105 蓄熱部材
106,306 記録紙(被加熱材)
109,350 導電層
110,309 離型層
111 ベアリング
112,357 断熱部材
152 封止部材
118,352 励磁回路
353 磁性部材
354 ホルダ部
355 絶縁部材
101, 151, 161, 301, 361, 371 Induction heating device (fixing device)
102,302 Heating roller (heating member)
103,303 pressure roller (pressure member)
104, 304 Magnetic field generating means (induction coil, magnetic field generating member)
105 Heat storage member 106,306 Recording paper (heated material)
109,350 Conductive layer 110,309
Claims (3)
加熱部材を外囲するように配置され、導電層に変動磁界を発生させるための磁界発生手段と、
加熱部材に対向配置され、加熱部材の熱を被加熱材に伝えるために、被加熱材を加熱部材に押圧する加圧部材とを備えた誘導加熱装置であって、
前記磁界発生手段の外周に沿って磁性部材が設けられ、
上記磁性部材の、加熱部材の長手方向に直交する断面積、加熱部材の周方向に沿った長さ、または磁界発生手段との距離のうちのいずれかが、加熱部材の長手方向に沿って変化し、
上記磁界発生手段と加熱部材との間に配置され、磁界発生手段とは個別に形成された絶縁部材をさらに備え、
上記絶縁部材の加熱部材側もしくは磁界発生手段側の少なくとも一方の面に低透磁率の良熱伝導性部材が設けられたことを特徴とする誘導加熱装置。 A heating member having a conductive layer in which a current is induced in a varying magnetic field;
A magnetic field generating means arranged to surround the heating member and for generating a variable magnetic field in the conductive layer;
An induction heating device that is disposed opposite to the heating member and includes a pressure member that presses the heated material against the heated member in order to transmit the heat of the heated member to the heated material,
A magnetic member is provided along the outer periphery of the magnetic field generating means,
Either the cross-sectional area of the magnetic member perpendicular to the longitudinal direction of the heating member, the length along the circumferential direction of the heating member, or the distance to the magnetic field generating means varies along the longitudinal direction of the heating member. and,
An insulating member disposed between the magnetic field generating means and the heating member, and formed separately from the magnetic field generating means;
An induction heating apparatus characterized in that a low-permeability good thermal conductive member is provided on at least one surface of the insulating member on the heating member side or the magnetic field generating means side .
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